Бағдарламалау тілдері

Қарағанды   Мемлекеттік     Университеті     Қазтұтынуодағы

Бағдарламалау тілдері.

Тексерген: М.Б. Кабыкеновна.

Орындаған: Аманбаева Арайлым Ю-11к.

2011-2012 оқу жылы.

Жоспар:

      Бағдарламалау тілдеріне жалпы шолу

      Трансляторлар

      Ішкі бағдарламалар

      Процедуралар

      Функциялар

      Төменгі деңгейлі бағдарламалау тілдері

      Жоғары денгейлі бағдарламалау тілдері

      Жүйелік бағдарламалау

      Обьектіге-бағытталған бағдарламалау

      Құрылымдық бағдарламалау

      Логикалық бағдарламалау

      Қорытынды.

Бағдарламалау, программалау – 1) есептерді ЭЕМ-де шешу үшін кезектесе орындалатын командалар тізбегіне келтіру процесі. Ол есептерді шешу алгоритміне сәйкесбағдарлама жасаудан, оны жөндеуден және қолдану барысында жетілдіру кезеңдерінен тұрады; 2) ақпараттанудың ЭЕМ үшін бағдарлама жасау тәсілдерін, сондай-ақ оны жөндеуді және жетілдіруді зерттейтін саласы.

Бағдарламалау ғылыми пән ретінде теориялық бағдармалау, жүйелі бағдарламалау және қолданбалы бағдарламалау болып бөлінеді.

Алгоритмдердің машиналық тілдегі бейнесі бағдарлама деп аталады. Ал бағдарлама жазуға арналған  тілдерді бағдарламалау тәлдері дейді. Тіл операторлары дегеніміз- компьютерге әрекеттерді орындауды ұйғаратын алгоритм  командасы.Бағдарламалау жүйесі-бағдарламаны құрудың және жөндеудің  автоматтануын  қамтамасыз ететін бағдарламлық құралдардың жиынтығы.Оның ішінде бағдарламалау тілдері,осы тілдерден аударғыштар,қосалқы бағдарламардың кітапханалары,бағдарламалардың құрастырушысы және оны жһндеуші  кіреді. Бағдарламалау жүйесінің негізін құрайтын-бағдарламалау тілі.

Бағдарламалау тілдерін екіге бөлуге болады:процедуралық және процедуралық емес.Процедуралық(не алгоритмдңк) бағдарламалар нақты есепті шешудің алдын ала сипаттау жүйесінен  тұрады. Процедуралық тілдерді  төменгі және жоғарғы деңгейдегі деп бөледі. Төменгі деңгейдегі тілдер(машинаға бағытталынған) машиналық кодтардан,әсіресе 16 лық пішінде бағдарлама құрады. Олармен жұмыс істеу қиын,бірақ олардың көмегімен құрылған жоғары маманданған бағдарламашының бағдарламасы жадыдан аз орыналып,тез жұмыс істейді.Бұл тілдердің көмегімен жүйелі бағдарламаларды,драйверлерді(компьютер құрылғыларын басқаруға арналған бағдарлама) және т.б бағдарлама түрін өңдеу жеңілге соғады.Жоғары деңгейдегі бағдарламалар жадының нақты ұяшықтарымен және қарапайым нұсқаулармен емес,табиғи тіл командаларымен манипуляция жасайды(дәлірек айтқанда,табиғи тілге жақын командалармен).

Бағдарламалаудың негізгі принциптері 1947 жылы американ ғалымдары Дж. Нейман, А. Беркс және Г. Голдстайнның еңбектерінде дами бастады. Қазақстанда алғашқы ЭЕМ-дер (“ЭВ-80-3”, “ИПТ-5” және “Урал-1”), 1960 жылы Қазақстан Ғылым Академиясының Машина және есептеу математикасы лабораториясында қолданылды. Онда кенқазбаларының мөлшері мен қорын анықтауға, астрофизика есептерін шешуге т.б. мәселелерге арналған алгоритмдер жасалып, бағдарламалар құрылды. Кейіннен фортран, алгол, паскаль, ПЛ-1, т.б. бағдарламалау тілі пайдаланылды. 1970—1990 жылы республикамыздың көптеген мекемелері, әсіресе жоғары оқу орындары мен ғылыми-зерттеу ин-ттары жылдамдығы әр түрлі ЭЕМ-дермен қамтамасыз етіліп, бағдарлама құрастыру, жетілдіру және оны пайдалану жұмыстары одан әрі дамыды.

Бағдарламалау тілдері және негізгі классификациясы

Қазіргі кезде 3500-ден жоғары әр түрлі бағдарламалау тілдері бар және осылардың ішінен шектелген саны ғана бағдарламалық бөлімді құруға жаппай  қолданылады. Бағдарламалау тілдерінің саны көп болуына байланысты олардың біршене классификациясы бар. Оның ішінде негізгі 2 түрге: фукционалдық мәніне (қызметі) және қолданылатын бағдарламалау технологиясына байланысты бөлінеді .Бағдарламалау тілдері фукнционалдық мәніне байланысты 4 үлкен классқа бөлінеді:

бағдарламалауға үйретуші;

жалпы мәнді;

проблемалық-бағытталған;

параллель бағдарламалаушы.

Қазіргі жоғары деңгейлі тілдерді осы классикацияға сәйкес қарастырамыз.

бағдарламалауға үйретуші тілдер қатарына жататын жоғарғы деңгейлі тілдердің негізгілері Logo, Basic және Pascal. Logo тілі 60-шы жылдардың аяғында С.Пейперттің басшылығымен құрылды және ЭЕМ жаңа  қолданушыларға, балаларға программалаудың негізін үйретуге бағытталған. Үйретуге арналған жоғары деңгейлі тілдердің ішіндегі кең тарағаны 1965 жылы Д.Кемени мен Т.Курц құрған Basic тілі. Дербес компьютерлерге бірінші қолданылған жоғарғы деңгейлі тіл және операциялық ортасы – Basic тілі. 60-жылдардың ортасынан бастап мамандар арасында құрылымдық программалау  мәселесі көтеріле бастады. 1971 жылы Н.Вирт құрылымдық технологияға үйретуші Pascal тілін құрды. 

Жалпы мәнді жоғары деңгейлі тілдер қатарына әр түрлі класс есептерін тиімді программалауға бағытталған тілдер жатады. Бұл классқа жататын тілдердің негізгілері C, Modula, Ada тілдері. Бұл тілдердің негізі 1966 жылы құрылған,  ғылыми, пәндік облыстағы есептерді программалауға мүмкіндік  беретін PL/1 тілі. PL/1 тілі ЖС ЭЕМ сериялы модельдерде кеңінен қолданылды.  Си тілін 1972 жылы Д.Ритчи құрды  және Unix операциялық жүйесі осы тілде жазылды. Си тілі ассемблер тілінің де және жоғары деңгейлі тілдің де мүмкіндіктерін қамтамасыз ететін болғандықтан орта деңгейлі тіл деп атайды. Pascal тілінің идеологиясын тарату мақсатымен Н.Вирт 1980 жылы Modula–2  тілін құрды. Бұл программалау тілінің негізі – программа бір-біріне тәуелсіз модульдерден тұрады. 

1978 жылы қазіргі АҚШ-та әскери қаруды басқаруға қолданылатын қосымшаларды программалуға арналған Ada тілі құрылды. Ada тілі құрылымды программалау тілі болып табылады және параллель программалау мүмкіндіктерін қамтамасыз етеді.

Проблемалық–бағытталған жоғары деңгейлі тілдер деп нақты пәндік облыс есептерінің мәселесін түгел қамтитын тілдерді атаймыз. Бұл классқа жататын бірінші жоғары деңгейлі тіл – Fortran тілі. Fortran-I тілін 1956 жылы IBM фирмасы құрды және ғылыми-техникалық есептерді шешуге арналған. 

Жасанды интеллект символдық информацияларын және тізімдерін өңдеуге арналған есептерді программалауға Lisp, Prolog тілдері қолданылады. Lisp тілін 50-жылдары Д.Макартни құрды. 70-жылдары Lisp тілінің негізінде құрылған Prolog тілі логикалық программалау тілі болып табылады және 5 буынның   ЭЕМ жапон проектісінде негізгі тіл болып таңдалған. Әр Prolog программа жәй тұжырымдар немесе импликациялардан тұратын сөйлемдерден тұрады, инструкция қолданылмайды.

Дәстүрлі неймандық архитектурадан ЭЕМ дәстүрлі емес параллель архитектуралы есептеу машиналарына көшуіне байланысты параллель алгоритмдерді сипаттаушы инстументальды құрылғылар пайда бола бастады. Параллель программалау тілдерінің негізі – параллель есептеулерді программалау процесін ықшамдау, параллель архитектуралы есептеу машиналарына арналған параллель программалық жүйелердің тиімдісін алу. Параллель программалауды жабдықтаудың қиындығы тиімді параллель жөндеушілерді құру. Қазіргі кезде қолданылып жүрген интерактивті параллель жөндеушілер  IPSC (Intel фирмасының дербес компьютерлеріне арналған) және PDBX (мультипроцессорлы ЭЕМ арналған). Жиі қолданылатын векторлы матрицалық есептерге параллель программалар кітапханасы құрылған, BLAS- сызықтық алгебра программаларының кітапханасы, NAG – сандық алгоритмдер кітапханасы. Бұл есептерге белгілі матрицалы параллельдеушілер ProSolvar (Intel фирмасы) және жалпы мәнді параллельдеуші Parafrace (Д.Кук құрған) қолданылады.

Программалау технологиялары

Бағдармалауға қойылатын негізгі талап

Бағдармалауға қойылатын негізгі талап — бағдарламаның анықтылығы және сенімділігі. Бағдармалау жинақтаушы Бағдармалау, құрама Бағдармалау және нақтылаушы Бағдармалау болып 3 түрге бөлінеді.

Жинақтаушы Бағдармалау — жалпы бағдарлама жасау.

Құрама Бағдармалау ішкі программалар жиынтығына сүйенеді.

Нақтылаушы Бағдармалау берілген кластағы кез келген есепті шешуге арналған әмбебап бағдарламаны қажет етеді. Іс жүзінде, Бағдармалаудың бұл 3 түрі аралас қолданылады. Бағдармалау ғылыми-техникалық пән ретінде бағдарлама жасаудың теориясын, методологиясын және технологиясын зерттейді.

Келешекте бұл командалар арнайы бағдарламалар көмегімен автоматты түрде машиналық кодқа өтеді.Осы тілдердің бірінде жазылған бағдарлама сөйлемдердің немесе операторлардың тізбегінен тұрады және бастапқы бағдарлама немесе бастапқы модуль деп аталады.Әр ЭЕМ-нің өз бағдарламалау тілі болады,машиналық командалар тілі немесе процессор тілі және осы тілде жазылған бағдарламаларды ғана орындай алады.Сандар тілі бола тұра прцессор тілі бағдарламаларды жазу мен олардың ішіндегі жіберілген қателерді түзету үшін  көп уақыт жұмсауды талап етеді,себебі барлық амалдар мен нұсқаулардың екілік бейнелерін/кодтарын/ есте сақтап,кез келген алгоритмді осы машиналық амалдар мен нұсқаулар арқылы өрнектей білу керек.Бағдарламалау тілі машиналық кодқа қаншалықты жақын болса,бағдарлама процессор үшін соншалықты ыңғайлы,оның орындалуы да жылдамданады,жадта да аз орын алады.Табиғи тілге жақын болған сайын орындаушыға ыңғайлылығы артады,бірақ процессор регисторларын меңгеруге арналған  командалары азаяды. Шығарылып жатқан есептерге қарай(математикалық,экономикалық және т.б) жоғары деңгейдегі тілдер айырмашылықтары бола тұра үш-төрт базалық тіл түзілістеріне және информация көрсетімі әдістеріне негізделеді.Бір белгілі тілді үйреніп алып,басқасын үйренуге көшу оңай.

Белгілі бағдарламалау жүйелері мыналар: Фортран(FORmula TRANslating system-формулаларды аудару жүйесі.);Бейсик(Beginners All-purpose Symbolic Instruction Code- үйренушілерге арналған нұсқауларының әмбебап символикалық коды) 1964 жылы дайындап шығарылды;Алгол(ALGOritmic Language- алгоритмдік тіл)1968 жылы жасапшығарылған және қойылған есептерді шешу үшін қолданылатын процедуралар тізбегі түрінде құрылған алгоритмдерді жазу үшін арналған;ПЛ/1(PL/1 Programming Language One-бағдарламалау тілі бір)1967 жылы ойлап табылды;Си(С-«си». Алғашқы нұсқасы 1972 жылы ойлап табылды;Паскаль (Pascal- оқымысты Блез Паскаль құрметіне атаған); Кобол(Common Business Oriuented Language-ортақ бизнеске бағытталған тіл);Дельфи(Delphi-обьектілі-бағытталған  бағдарламалаудың платформаға тәуелсіз тілі).

Процедуралық емес тілдер арасындағы белгелері: Лисп(Lisp)- функциональдық бағыттағы символдық пішіндегі деректерді өңдеуге арналған бұл бағдарламалау тілін 1962 жылы Дж.Маккарти ойлап шығарды; Пролог( PROgramming in LOGic) және Оккам(философ У.Оккамның құрметіне аталған).

Жалпы,қазіргі уақытта 3500-ден астам бағдарламалау тілдері бар.Кеңінен қолданылып жүрген бағдарламалау тілдерін  атап шығайық. Алғашқы кеңінен тараған  бағдарламалау  тілі-1954 жылы IBM фирмасының бағдарлама құрушылар тобы ойлап шығарған Фортран.Ол ғылыми-техникалық есептерді бағдарламалау үшін арналған еді.Бейсик тілін оқу мақсатында 60-жылдар барысында Дартмут колледжінде (АҚШ) профессорлар Дж.Кемени мен Т.Куртс ойлап шығарған.Өзінің қарапайымдылығының арқасында ол халық арасына тез  жайылды және үй компьютерлерінде қолданылды.70-жылдары Бейсик сол заманның ең қарапайым бағдарламалау тілі ретінде Altair дербес компьютерінде жүзеге асырылды.Бұл жұмысты Билл Гейтс Microsoft-тың қазіргі президенті өзінің серіктесі Пол Алленмен бірге орындады.Гейтстің арқасында Бейсик IBM PC платформасына көшірілді,ал оның ең жетілдірілген  QBasic нұсқасы(Qbasic- жылдам Бейсик) MS-DOS   операциялық жүйесінің базалық жабдықтауына енеді. Қазіргі күнге дейін Гейтстің күш салуы және қаржылай қолдауы арқасында Бейсикті дамыту белсенді жалғасуда.

60-жылдары  әмбебап бағдарламалау тілдерін  құру мақсатында алғашқы бағдарламалау тілі- ПЛ/1(1967  жылы) ойлап шығарылған.

Бағдарламалау тілдері әр түрлі мақсаттарда қолданылады және оны таңдау компьютер мен қойылған есепке байланысты. Ал компьютерге қойлыған есептер әр түрлі: есептеуші,экономикалық,графикалық және т.б. Мұндай әр түрлі есептерді компьютердің көмегімен шешу бағдарламалау тілдерінің көптүрлілігімен анықталады.Мысалы,Бейсик қарапайым бағдарлама құру үшін қолданылса,Фортран ЭЕМ-да математикалық  және инженерлік есептерді шешуге арналған,Кобол тілі- бизнес және басқару аумағында мәліметтерді өңдеу үшін арналған жалпы тіл.Лого( Logos грек  тілінен аударғанда сөз деген мағынаны білдіреді) тілі математика және педагогика профессоры С.Пейпертаның басқаруымен ойлап шығарылды және ол оқушыларға бағдарламалауды сурет салу негізінде үйретуге арналған. Өзінің қарапайымдылығына қарамастан, процедураны қолданады, пайдаланушының алгоритмдік мәдениетін қалыптастыруға мүмкіндік береді. Си тілі 1972 жылы Д.Ричи ойлап шығарды,онда Unix операциялық жүйесі жазылған еді. Си тілі-Бейсик және Паскаль сияқты тілдер қамтамасыз ете алмайтын машина ресурстарын толық пайдалана алатын машинаға бағытталған жоғары деңгейдегі тіл.

Классикалық операциялық немесе процедуралық бағдарламалау бағдарламалаушыдан есепті шешудің  нақты  сипаттамасын,яғни есептің алгоритмі мен оның арнайы  жазылуын талап етеді. Тілдердің негізгі ұғымдары- оператор және деректер. Процедуралық әдісте операторлар бір топқа-процедураларға біріктіріледі. Құрылымды бағдарламалау жалпы бұл бағытқа кірмейді,ол тек бағдарламалаудың қайсыбір қажетті технологиясын қосымша белгілейді.

Бағдарламалауды  өзге бағыт процедураны емес бағдарламалаудың методологиясымен(кейде, «парадигмасымен» деп те айтады) байланысты. Оларға обьектілі бағытталған  және декларативті бағдарламалауды жатқызуға болады. Обьектілі бағытталған тіл бір-біріне тәуелсіз обьектілер жиыны түріндегі қоршауды құрады. Әрбір обьект өзін жеке компьютер ретінде ұстайды,оларды қызметінің ішкі механизміне енбей-ақ «қара жәшік» ретінде қолдануға болады. Кәсіпқойлар арасындағы  белгілі обьектілі  бағытталған бағдарламалау тілдерінің С++-ті,бағдарламашылардың көпшілігі үшін  Delphi  мен  Visual Basic-ті ерекше атауға болады.

Бағдарламашылар декларативті тілді  қолданғанда берілген информациялық құрылымды,олардың  өзара байланысын және қандай болу керек екенін көрсетеді.Бұл тіддерде  «оператор» ұғымы қолданылмайды. Декларативті тілдерді екіге бөлуге болады: логикалық және функциональдық.

Трансляторлар

Алғашқы компьютердің пайда болуынан бастап,бағдарламашылар компьютерлік бағдарламалардың кодталуы жайлы ойлана бастады.40- жылдардың аяғында-ақ алғашқы жоғары деңгейдегі бағдарламалау тілдері пайда болды. Оларда бағдарламашылар есепті математикалық формула түрінде жазды,сосын арнайы кестелерді қолдану арқылы символдарды ауыстырып,осы формулаларды екі литерлік кодтарға түрлендірді. Бұдан әрі арнайы бағдарлама (кейін интерпретатор деп аталды) бұл кодтарды  екілік машиналық кодтарға айналдырды. Алғашқы  компиляторды 50-жылдардың басында Г.Хоппер ойлап  шығарған; ол командаларды біріктіру функциясын жүзеге асырды, трансляция кезінде қосалқы бағдарламаларды ұйымдастырды, компьютердің жадын белгіледі және жоғары деңгейдегі (ол кезде псевдокодтарды) командаларды машиналық  командаларға түрлендірді.